电网运行效率及设备利用率评价指标分析

● 广州市奔流电力科技有限公司 黄向敏 羿应棋 张诗建

随着我国经济的快速增长，人民生活水平和工业水平的不断提高，全社会用电负荷呈现出高速增长的势头，电力已成为国民经济建设和人民生活中不可或缺的重要能源。在全国的某些区域，出现了不同原因导致的电力供应不足，电网频频接近安全稳定极限控制功率运行；大量新型电源和变电站的投产接入现有电网以及老旧设备的退役下网，电网的结构和运行接线方式越来越复杂多变，电网的规模也不断扩大，外部环境对电网的影响越来越大；保障电能持续、安全、可靠、优质的供应将成为各级电力企业一个长期不变的目标。

1 电网运行效率指标

电网运行效率受多方面因素的影响，本文从配电网的有功损耗、供电能力层面选取电网年最大负荷利用率、变电电量比、综合线损率、线路电量比、高峰时刻主变负载率、容载比等6个评价指标，进行评价分析。

（1）电网年最大负荷利用率。

提高年最大负荷利用率，避免电网供电能力长时间闲置，是提高电网运行及利用效率的重要手段之一。

（2）变电电量比。

单位容量变电设施所能够满足的用电量水平，高值一定程度上反映电网运行效率较高。

（3）综合线损率。

电网的综合线路损耗率，反映电网供电的经济性，低值反映电网运行效率较高。

（4）线路电量比。

单位长度输电线路所能够满足的用电量水平，高值一定程度上反映电网运行及利用效率较高。

（5）各电压层主变容载比。

容载比的定义就是变压器容量与变压器最大负荷的比值。对于电网而言，就是某一电压等级下所有降压变总容量与该等级下对应最大负荷的比值，计算公式如下。

式中，RS为容载比，ΣSN为降压变设备总容量，Pmax为该等级下对应的最大负荷值。

容载比是反映电网供电能力的重要技术经济指标之一，是宏观控制变电总容量的指标。容载比应按电压等级分层分区计算，统计降压变电容量和相应降压负荷；一般应扣除同级电压用户专用变电站的变压器容量和供电负荷，以及用于升压送电的变电站容量（如水电外送地区）。

2 设备利用率指标

从相关研究成果来看，对电网设备利用率的研究宏观上较多集中在全社会负荷最大利用小时数、容载比等，微观上集中在设备极限负载能力、设备最佳负载能力和年最大负载率等方面。

设备极限负载能力，指因设备自身的设计与制作工艺而使得设备在正常运行状态下所能承受的最大负荷；设备极限负载能力利用率是指设备实际所带负荷与其极限负载能力的比值。

设备最佳负载能力，指考虑一定的安全可靠原则、网络结构、负荷特性及其发展条件下设备所能承受的最大负荷；设备最佳负载能力利用率是指设备实际所带负荷与其最佳负载能力的比值。

年最大负载率指标反映了单个设备在一年中出现过的最大利用率，体现了设备在系统不同运行方式下满足负荷需求的充裕度，也可以在一定程度上反映设备的安全运行情况。

结合相关研究成果，本文选取负载率作为输配电线路的利用率评价指标，选取年利用率——相负载率+负荷率”复合指标作为主变利用率评价指标，各设备利用率评价指标释义及计算公式如下。

（1）年利用率。

年最大利用率即变压器以年为统计时间内的利用率，其定义如下：

式中，η为变压器年利用率；Ea为变压器运行一年的实际电量，如实际输送电量、实际变电量；C为变压器容量；Ta为变压器一年内运行的实际时间。对上式进一步推导，挖掘其包含的影响因素指标。

式中，Lave为平均负荷；Lmax为最大负荷；η1为年平均负荷率；η2为年最大负载率。

可以看出，年利用率可以表示成年平均负荷率、年最大负载率两者的乘积。在电力系统中，年平均负荷率是一年时间内的平均负荷与最大负荷的比值，它反映了需求侧负荷的波动性，一定程度上影响变压器的年利用率；年最大负载率一般指一年时间内的最大负荷与变压器容量的比值，它在供应侧角度反映了变压器的利用率。

（2）负载率。

负载率是常用的评价设备利用效率的指标，既可以评价线路也可以评价配变的利用情况。负载率指标反映了单个设备在一年运行中出现过的最大利用率。指标的计算公式为：

其中，β是负荷率，Pave是规定时间内的平均负荷，Pmax是规定时间内的最大负荷。“负荷率”评价指标在0～100%范围内越高，分值越高。从经济运行方面考虑，负荷率愈接近1，表明变压器所带负荷越平均，变压器利用程度越好。

其中，η2是负载率，Pmax是变压器一年中出现的最大负荷，C为变压器容量。

（3）负荷率。

负荷率指在规定时间（日、月、年）内的平均负荷与最大负荷之比的百分数，负荷率用来衡量在规定时间内负荷的变动情况，以考察变压器的利用程度。指标的计算公式为：

3 利用率评价指标范围划分

综合以上电网设备利用率的定义，从评价指标的角度对其范围进行总结分类。

（1）负载率。

本文选取的负载率评价范围划分如表1所示。

表1 负载率评价范围划分

考虑到变压器的N－1安全运行及线路转供运行裕度，将变压器及线路的负载率评价统一分为偏低、可接受、合理及偏高4个范围。

（2）负荷率。

负荷率的合理范围计算是基于负荷特性。将负荷特性总结为：办公、商业、居民、工业四大类，其中工业分为均衡无波动、单峰、双峰和三峰四类。

以南方某地区为例，根据其用电情况统计，各典型负荷的负荷率计算结果如表2。

表2 各典型负荷的负荷率

从表2可以看出，配电网设备负荷率范围主要集中在35%～50%之间。负荷率主要反映了负荷的特性，该地区的负荷性质主要以商业和居民为主，因此，在分析该地区变压器的负荷率时可考虑统一将负荷率的范围考虑为35%～50%。

（3）利用率。

结合上面的分析可以得到，配变负载率的合理区间为35%～60%，负荷率的合理范围为35%～50%。

可以看出，本文通过统计典型负荷曲线得到的负荷率合理范围上限并非是实际运行中的最大值100%，基于现实意义的考虑，将50%定义为负荷率合理范围的上限。

参考日常规划工作要求，并结合负载率合理值区间的边界条件，对于配电变压器负载率＜20%定义为偏低。

利用率合理值以配变负载率合理值、负荷率合理值两者相乘计算得到。利用率合理范围划分以负荷率的取值范围，结合负载率合理值区间的边界条件计算得到。具体如表3所示。

表3 利用率指标及其子指标范围划分

4 结束语

随着技术进步和精益化管理的进一步提升，目前电网运行不仅仅满足于用户“用上电”，而是要求用户“用好电”，在供电可靠性、电能质量、设备管理等方面都提出了更高的要求。本文总结的运行效率和设备利用率评价指标可以更全面、准确地评估和掌握电网的运行状态，有助于发现电网运行中的薄弱环节，并从对应的指标着手进行技术改造，从而更好地保障社会用电。